【導(dǎo)讀】面向運(yùn)營(yíng)商的超高速無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化

　　

【正文】 大小的影響較大，從現(xiàn)有情況看，未來(lái)三大運(yùn)營(yíng)商對(duì)于 4G 的建設(shè)投入將是中國(guó)移動(dòng) 中國(guó)電信 中國(guó)聯(lián)通，中國(guó)移動(dòng)極有可能建設(shè)盡可能廣的網(wǎng)絡(luò)，而中國(guó)聯(lián)通將僅在重點(diǎn)城市熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋，中國(guó)聯(lián)通 4G 時(shí)代盈利預(yù)期最為穩(wěn)健，不太可能出現(xiàn)盈利的反復(fù)。 8） 5G 市場(chǎng) 是工作在 5 GHz 頻段的下一代 WLAN 技術(shù)，是 在 5GHz 頻段的演進(jìn)版本，將會(huì)在 2020 年完成標(biāo)準(zhǔn)制定工作。根據(jù) 以往的慣例， 標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布之前，可能會(huì)有廠(chǎng)商根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)草案推出一些初期產(chǎn)品，但不會(huì)形成規(guī)模，對(duì) 不會(huì)有太大影響， 因此近三年仍將是 大發(fā)展的階段。 2020 年以后， 將開(kāi)始大規(guī)模商用，將逐步替代工作在5 GHz 頻段的 。由于 還可以工作在 GHz 頻段，因此不會(huì)被 完全替代，二者將會(huì)在較長(zhǎng)的一段時(shí)間共存，成為小于 6 GHz 頻段的 WLAN 主流標(biāo)準(zhǔn)。 針對(duì)極高速短距離應(yīng)用，是 的全新領(lǐng)域， 與其他高速短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)（如 、 WiMedia 等） 存在直接競(jìng)爭(zhēng)，預(yù)計(jì)在 2020 年開(kāi)始正式商用。由于 已經(jīng)得到 Intel、 Broad、 Atheros、 Marvell、微軟、諾基亞等業(yè)界主要公司的支持，而且在吞吐量等主要技術(shù)指標(biāo)上也有一定優(yōu)勢(shì)，在與其他技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)中已占據(jù)有利位置。此外， WiGig 聯(lián)盟還已經(jīng)與Wi Fi 聯(lián)盟開(kāi)展合作，共同推動(dòng) 的產(chǎn)業(yè)化， Wi Fi 的優(yōu)勢(shì)地位將會(huì)為WiGig/ 的發(fā)展創(chuàng)造非常有利的條件。 為了滿(mǎn)足高帶寬無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速發(fā)展的需要， IEEE 正在研制下一代WLAN 標(biāo)準(zhǔn) 。根據(jù)當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展， 7Gbit/s 的傳輸速率，比現(xiàn)有的 提高 10 倍以上。除了在技術(shù)上取得了重19 大突破， ，可以預(yù)見(jiàn)它們將會(huì)在未來(lái)的中短距離寬 帶無(wú)線(xiàn)接入市場(chǎng)中占據(jù)非常重要的地位。 20 2 超高速無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展 主要超高速無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)介紹 超高速無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)是針對(duì)寬帶無(wú)線(xiàn)接入的瓶頸問(wèn)題而提出的一項(xiàng)具有國(guó)際領(lǐng)先水平的新技術(shù)，相對(duì)于 在頻譜效率、物理層速率和 MAC吞吐等性能方面具有顯著提高。 為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)速率，在超高速無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)系統(tǒng)中采用了自適應(yīng)子載波調(diào)制和物理層超幀等新技術(shù)。同時(shí)，為了新技術(shù)能夠順利充分發(fā)揮其作用，并保持后向兼容性， UHT 系統(tǒng)中對(duì) MAC 的功能、參數(shù)等都進(jìn)行了系統(tǒng)的定義。 隨著無(wú)線(xiàn)通信需求的不斷增強(qiáng) ，多種多樣的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。通?？煞譃槲⒉ㄍㄐ畔到y(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、集群無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)電尋呼系統(tǒng)、無(wú)繩電話(huà)系統(tǒng)、蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、分組無(wú)線(xiàn)網(wǎng)等典型的通信系統(tǒng)。其中的移動(dòng)通信系統(tǒng)以其絕對(duì)廣大的用戶(hù)群，成為目前通信界的主要著力點(diǎn)。其發(fā)展經(jīng)過(guò)了以下的幾個(gè)歷程 : 第一代 (TherirstGeneration， IG)以模擬蜂窩網(wǎng)為主要特征。 20 世紀(jì) 70 年代末，伴隨半導(dǎo)體技術(shù)和微處理器的發(fā)展，復(fù)雜系統(tǒng)的構(gòu)建逐步成為可能，于是誕生了第一代移 動(dòng) 通信系統(tǒng)。主要采用頻分多址 (Frequeney Division Multip Access， FDMA)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的動(dòng)態(tài)尋址，使用模擬調(diào)制方式完成空域傳輸。 美國(guó)推出的先進(jìn)移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng) (Advanced Mobile Phone System， AMPS)，歐洲推出的全入網(wǎng)通信系統(tǒng) (Total Aecess Communieation System， TACS)均是這一階段的產(chǎn)物。 第二代 (Thesecond Generation， ZG)以數(shù)字式蜂窩為主要特征，己經(jīng)經(jīng)歷了近 20 年的商用歷程。歐洲 主推時(shí)分多址 (Time Division Multiple Aceess， TDMA)的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng) (Global System of Mobile Communication， GSM)和北美主推的碼分多址 (Code Division Multiple Aceess， CDMA)的 IS95(Interim Standar95)系統(tǒng)均以數(shù)字化為基礎(chǔ)。分別使用 TDMA 和 CDMA 完成用戶(hù)動(dòng)態(tài)尋址。并采用抗干擾行性能更為突出的數(shù)字調(diào)制方式，如高斯濾波最小頻移鍵控調(diào)制(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying ， GMSK) 和四相相移鍵控調(diào)制21 (Quadrature Phase Shift Keying， QPSK)，和信道編碼方案，如卷積碼和級(jí)聯(lián)碼，采用功率控制技術(shù)抵抗慢衰落和遠(yuǎn)近效應(yīng)，使用自適應(yīng)均衡和 Rake 接收機(jī)對(duì)抗頻率選擇性衰落與多徑干擾，采用信道交織編碼和空間或極化分集分別對(duì)抗事件和空間選擇性衰落。與此同時(shí)，無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)也在這一階段獲得發(fā)展，如無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) (Wireless Local Area Network， WLAN)，無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng) (Wireless Personal Area Network， WPAN)，藍(lán)牙 (Bluetooth)技術(shù)等。 第三代 (The Third Generation， 3G)以多媒體業(yè)務(wù)為主要特征，商業(yè)運(yùn)營(yíng)時(shí)日尚短。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以分為第三代蜂窩網(wǎng)通信系統(tǒng)和寬帶接入系統(tǒng)。對(duì)于蜂窩網(wǎng)，成為實(shí)際商用系統(tǒng)的包括歐洲與日本為推廣主力的寬帶碼分多址 (Wideband Code Division Mutiple Access ， WCDMA) 系統(tǒng)，北美為推廣主力的CDMA2020(Code Dividsion Multiple Aecess2020)系統(tǒng)和我國(guó)自主研發(fā)的時(shí)分同步碼分多址 (Time DivisionSynchronous Code Division Multiple Access ， TDSCDMA)系統(tǒng)，都是以碼分多址實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的動(dòng)態(tài)尋址功能，并充分支持用戶(hù)業(yè)務(wù)的多樣性。同時(shí)，與蜂窩系統(tǒng)相補(bǔ)充的寬帶接入系統(tǒng)，特別是 系列標(biāo)準(zhǔn) (Worldwide Interoperability for Mierowave Aceess， WIMAX)，已經(jīng)成為3G 標(biāo)準(zhǔn)之一，是蜂窩網(wǎng)的強(qiáng)勁對(duì)手。 第四代 (The Forth Generation， 4G)以寬帶高速的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)融合為主要特征。在 4G 系統(tǒng)中，正交頻分多址 (Orthogonal Frequeney Division Multiple Aeeess， OFDMA)接入技術(shù)，多輸入多輸出 (MultipleInput MultipleOutput，MIMO)技術(shù)，自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)和混合自動(dòng)重傳技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)成為核心。目前，世界各國(guó)對(duì)下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)正如火如茶的進(jìn)行，并已經(jīng)取得了階段性成果。 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括 OFDM、 MIMO、 MIMOOFDM、智能天線(xiàn)、軟件無(wú)線(xiàn)電等。下面將結(jié)合 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)幾種技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 OFDM 技術(shù) OFDM（ Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用）技術(shù)實(shí)際上是 MCM（ Multi Carrier Modulation，多載波調(diào)制）的一種。其基本原理是把高速的數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干個(gè)子信道中進(jìn)行傳輸。通過(guò)減小和消除碼間串?dāng)_的影響來(lái)克服信道的頻率選擇性衰落，將22 信號(hào)分割為若干個(gè)子信號(hào)，然后分別調(diào)制若干個(gè)相互正交的子載波。子載波的頻譜相互重疊，可得到較高的頻譜效率；每個(gè)子信道中符號(hào)周期相對(duì)增加，可減輕由無(wú)線(xiàn)信道的多徑 時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散影響；還可在 OFDM 符號(hào)之間插入保護(hù)間隔，令保護(hù)間隔大于無(wú)線(xiàn)信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣就可最大限度地消除由多徑帶來(lái)的符號(hào)間干擾（ ISI）。而且，一般采用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，從而還可避免由多徑帶來(lái)的信道間干擾（ ICI）。 OFDM 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有：頻譜利用率很高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍；抗多徑干擾與頻率選 擇性衰落能力強(qiáng)；采用動(dòng)態(tài)子載波分配技術(shù)能使系統(tǒng)達(dá)到最大比特率；通過(guò)各子載波的聯(lián)合編碼，可具有很強(qiáng)的抗衰落能力；基于離散傅立葉變換（ DFT）的 OFDM 有快速算法， OFDM 采用 IFFT 和 FFT（快速傅立葉變換）來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，易用 DSP 實(shí)現(xiàn)。 主要缺點(diǎn)是：對(duì)于載波頻率偏移和定時(shí)誤差的敏感程度比單載波系統(tǒng)高；信號(hào)存在較高的峰值平均功率比（ PAPR）使得它對(duì)放大器的線(xiàn)性要求很高。 目前 OFDM 技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻、視頻領(lǐng)域和民用通信系統(tǒng)中，主要的應(yīng)用包括：數(shù)字視頻廣播（ DVB）、高清晰度電視（ HDTV）、非對(duì)稱(chēng)的數(shù)字用戶(hù)環(huán)路（ ADSL）、 ETSI 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻廣播（ DAB）、無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)、 WLAN， 3G 的 CDMA 也引入了 OFDM 技術(shù)思想以提升其性能。 IEEE 中雖然也采用類(lèi)似技術(shù)，但相比 中與 MIMO 技術(shù)結(jié)合，卻遜色不少。 MIMO 技術(shù) MIMO（ MultipleInput MultipleOutput，多輸入多輸出）系統(tǒng)是指同時(shí)在發(fā)射端和接收端使用多個(gè)天線(xiàn)的通信系統(tǒng)，它是一項(xiàng)考慮用于 實(shí)現(xiàn) 4G 的技術(shù)。該技術(shù)最早由 Marconi 于 1908 年提出，原理是利用多天線(xiàn)來(lái)抑制信道衰落。 MIMO 的多輸入多輸出是針對(duì)多徑無(wú)線(xiàn)信道來(lái)說(shuō)的 ,如圖所示，傳輸信息流S（ k）經(jīng)過(guò)空時(shí)編碼形成 N 個(gè)信息子流 Ci（ k）， i＝ 1， 2， … ， N。這 N 個(gè)子流由 N 個(gè)線(xiàn)發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由 M 個(gè)天線(xiàn)接收。其有效地利用了隨機(jī)衰落和可能存在的多徑傳播成倍地提高了業(yè)務(wù)傳輸速率。信道容量隨著天線(xiàn)數(shù)量的增大而線(xiàn)性增大，專(zhuān)有 MIMO 技術(shù)可改進(jìn)已有 IEEE 能，解決了當(dāng)今任何無(wú)線(xiàn)電技術(shù)都面臨的兩個(gè)最困難問(wèn)題，即速度與覆蓋問(wèn)題。 23 圖 21MIMO 的多輸入多輸出 利用 MIMO 技術(shù)可在不增加帶寬和天線(xiàn)發(fā)送功率的情況下，成倍提高頻譜利用率；還可成倍提高無(wú)線(xiàn)信道的容量。前者是利用 MIMO 信道提供的空間分集增益，后者是利用 MIMO 信道提供的空間復(fù)用增益。 目前， MIMO 在吸收 TD SCDMA 設(shè)計(jì)思想的 TDLTE（ TDSCDMA Long Term Evolution）系統(tǒng)中處于重要位置，與 TDD（ Time Division Duplexing）時(shí)分雙工技術(shù)和基于 OFDM 的多址接入技術(shù)并稱(chēng)為 TD LTE 三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。已成為 3G－ LTE 以及未來(lái) 4G 中重要的底層技術(shù)。 MIMO 與 OFDM 的結(jié)合 4G 需要極高頻譜利用率的技術(shù)， MIMO 技術(shù)充分開(kāi)發(fā)空間資源，利用多天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和 天線(xiàn)發(fā)送功率的情況下，成倍提高信道容量。 OFDM 技術(shù)將需要傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)流分解為若干較低速率并行子數(shù)據(jù)流，這些子載波相互正交，提高了頻譜利用率，另外， OFDM 將總帶寬分解為若干窄帶子載波可有效抵抗頻率選擇性衰落，擁有很強(qiáng)的抗窄帶干擾能力。充分開(kāi)發(fā)這兩種技術(shù)的潛力將二者結(jié)合，也就是 MIMO OFDM，可以成為新一代移動(dòng)通信核心技術(shù)的解決方案。 MIMO OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題包括信道估計(jì)、同步、分集技術(shù)和空時(shí)編碼等。目前信道估計(jì)有兩類(lèi)：一類(lèi)是基于訓(xùn)練序列或?qū)ьl的方法；另一類(lèi)是采用盲方法來(lái)進(jìn)行信道辨別，分為 全盲和半盲信道估計(jì)。 MIMO OFDM系統(tǒng)同步問(wèn)24 題包括載波同步、符號(hào)同步和幀同步，以此來(lái)解決時(shí)域和頻率同步問(wèn)題。由于無(wú)線(xiàn)通信的不可靠性主要是由無(wú)線(xiàn)衰落信道時(shí)變和多徑特性引起，如何在不增加功率和不犧牲帶寬情況下，減少多徑衰落對(duì)基站和移動(dòng)臺(tái)的影響就顯得很重要。唯一方法是采用抗衰落技術(shù)，克服多徑衰落的有效方法是各種分集技術(shù)。分集技術(shù)目前分為時(shí)間分集、頻率分集和空間分集等，每種分集技術(shù)都有它適用的場(chǎng)合，因此在 4G 中必須考慮多種技術(shù)的結(jié)合。 MIMO OFDM 的另一個(gè)研究熱點(diǎn)是空時(shí)編碼，常見(jiàn)的方式有四種：分層空時(shí) 碼（ LST）；空時(shí)格形碼（ STTC）；空時(shí)分組碼（ STBC）；空時(shí)頻編碼（ STFC）。主要思想是利用空間和時(shí)間的編碼實(shí)現(xiàn)一定空間分集 和時(shí)間分集，從而降低信道誤碼率。 MIMO 與 OFDM 技術(shù)的結(jié)合是 邁向 的關(guān)鍵因素。 智能天線(xiàn)技術(shù) 智能天線(xiàn)（通常也稱(chēng)作自適應(yīng)天線(xiàn)陣列）是一個(gè)由多組獨(dú)立天線(xiàn)組成的天線(xiàn)陣列系統(tǒng)，能夠動(dòng)態(tài)地調(diào)整波束的方向，以使每個(gè)用戶(hù)都獲得最大的主瓣并減小了旁瓣干擾。這樣不僅改善了 SINR（ Signalto Interference and Noise Ratio, 信號(hào)干擾比），還提高了系統(tǒng)的容量，擴(kuò)大了小區(qū)的最大覆蓋范圍，減小了移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率。智能天線(xiàn)技術(shù)有多入單出（ Multiple Input Single Output，MISO ）、單入多出（ Single Input Multiple Output ， SIMO ）和多入多出（ Multiple Input Multiple Output， MIMO）等幾種方式。 WLAN 工作于免除許可證頻段： 及 5GHz。 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的傳輸距離只有幾百米，且傳輸速率會(huì)隨著距離的增加而降低 。 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)采用自動(dòng)速率轉(zhuǎn)換技術(shù)，速率可以降到 6Mbit/s 及 2Mbit/s。 IEEE 和 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)也支持 1 1 2 3 48 和 54Mbit/s 的傳輸速率。在實(shí)際的組網(wǎng)中，和無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)相比 WLAN 小區(qū)的覆蓋范圍都較小 (一般只有十幾米到幾十米，熱點(diǎn)地區(qū)為了增加容量，小區(qū)半徑更小）。 IEEE 采用智能天線(xiàn)